Установка ALPS II в DESY не нашла аксионов, но сузила их возможные свойства
- Установка ALPS II из 24 сверхпроводящих магнитов в DESY оказалась более чем в 20 раз чувствительнее предыдущих лабораторных систем такого типа.
- Аксионы обнаружить не удалось, но получен самый строгий лабораторный предел на их взаимодействие с фотонами: 1,5 × 10⁻⁹ ГэВ⁻¹ при доверительном уровне 95%.
- После модернизации, которая сейчас идёт, чувствительность должна вырасти примерно в 100 раз.
Физики международного эксперимента ALPS II, который работает в немецком исследовательском центре DESY, опубликовали первые результаты поиска аксионов. Это гипотетические элементарные частицы, которые могут входить в состав тёмной материи. Сигнала от них пока не зафиксировано, зато исследователи заметно сузили круг возможных параметров этих частиц.
Как свет проходит сквозь стену
Метод получил название «свет сквозь стену». Лазерный луч проходит через сильное магнитное поле, которое создают 12 магнитов первой группы. По замыслу часть фотонов должна превращаться в аксионы, а те способны беспрепятственно пройти через непрозрачную перегородку. За перегородкой стоят ещё 12 магнитов, где аксионы должны обратно превращаться в фотоны. Если за стеной появится свет, это будет свидетельством существования неизвестных частиц.
Трудность в том, что вероятность такого превращения крайне мала. Поэтому в установке использованы высокоточные зеркала, оптический резонатор и специальная лазерная система, способная регистрировать излучение, которое во много раз слабее возможностей обычных световых датчиков. Сама установка размещена в тоннеле бывшего ускорителя HERA в Гамбурге.
Первая серия измерений шла с февраля по май 2024 года. Убедительных признаков аксионов или других предполагаемых лёгких частиц физики не нашли. В данных был небольшой дополнительный сигнал, но дальнейший анализ показал, что его, скорее всего, дал посторонний свет, попавший в детектор. По оценке, его интенсивность соответствовала примерно двум фотонам в час.
Что удалось сузить и что будет дальше
Результат важен и без открытия. Для аксионоподобных частиц массой менее 0,1 миллиэлектронвольта установлен верхний предел константы взаимодействия с фотонами. По словам исследователей, это самый строгий результат среди лабораторных экспериментов с аналогичным методом поиска.
Сейчас ALPS II модернизируют: перед перегородкой ставят дополнительный оптический резонатор. Он должен повысить вероятность превращения фотонов в аксионоподобные частицы, а улучшенная система регистрации уменьшит влияние постороннего света. Ожидается, что после этого чувствительность к взаимодействию частиц с фотонами вырастет ещё примерно в 100 раз.
Метод важен потому, что аксионы остаются одним из возможных объяснений тёмной материи, которая проявляет себя только гравитационно и не излучает и не поглощает свет обычным образом. Астрономические наблюдения косвенно говорят о её существовании, а ALPS II позволяет искать такие частицы прямо в лаборатории, не опираясь на предположения об их распространённости во Вселенной.
По материалам: Новая наука
